Логотим Метталум
Проектування, виготовлення, монтаж, запуск, паспортизація
+38 (048) 706 26 73
+38 (097) 743 69 84
metallum_office@ukr.net

Розрахунок продуктивності, ефективності пиловловлення та гідравлічного опору циклонів

Розрахунок продуктивності, ефективності пиловловлення та гідравлічного опору циклонів

Для підбору типу та числа циклонів, їх аеродинамічного розрахунку, визначення очікуваного коефіцієнта ефективності пиловловлення необхідно знати:

об’єм пило газових потоків, котрі необхідно очистити;

температуру та запиленість газів на вході в циклон;

відомості про дисперсний склад пилу та його злипання;

максимально допустимий гідравлічний опір пиловловлювача та необхідний коефіцієнт очистки.

При цьому рекомендується проводити варіантні розрахунки для різних типів і діаметрів апаратів, щоб вибрати найкращий варіант за ступенем очищення при мінімальній їх кількості та гідравлічному опорі установки.

1. Діаметр та кількість одинарних елементів. На циклони типів ЦН та Ц є нормалі. Тому розрахунок апаратів цього типу зазвичай починається з вибору їх діаметра та необхідного числа в межах рекомендованого нормалями ряду типорозмірів за допомогою таблиць на сайті. Користуючись цими таблицями, слід мати на увазі, що для золи або пилу з низькими адгезій ними властивостями значення максимально допустимої запиленості газів для циклонів типів ЦН і ц складають:

Діаметр циклона, мм

Допустима запиленість газу, г/м3

2600

1140

2000

880

1500

700

1000

550

800

400

600

300

400

200

200

150

100

60

Допустима запиленість газу зменшується в 2 рази для пилу, з середніми показниками злипання, і в 4 рази – для пилу, що сильно злипається.

Для апаратів конічного типу СК-ЦН-34, СДК-ЦН-33 та ЦМС-27 гранично допустимі концентрації пилу на вході мають бути розраховані з міркувань досвіду експлуатації. Проте слід вважати, що циклони СК-ЦН-34 доцільно застосовувати при вхідній запиленості газів до 30-50 г/м3. При великій запиленості по ряду техніко-економічних міркувань більш вигідніше застосування апаратів типів ЦН і Ц, які мають менші гідравлічний опір і габарити.

Циклони типу ЦМС-27 застосовуються в даний час головним чином при вхідній концентрації золи до 5-10 г/м3, яка характерна для топок, що працюють на природній тязі димової труби.

Оптимальна ефективність циліндричних циклонів типів ЦН і Ц у разі вловлювання золи та більшості видів промислового пилу зазвичай досягається при співвідношенні між їх гідравлічним опором і густиною газів, що лежить у межах 550-750 Па та діаметрі апаратів до 800 мм. Якщо пил має підвищену крупність частинок, то оптимальна ефективність уловлювання може бути досягнута при відношенні ΔР/ρг, меншому ніж 550 м2/сек2 і діаметрі апаратів, більшому ніж 800 мм. При цьому для розрахунків, пов'язаних із вибором діаметра та числа циклонів типів ЦН і Ц, можна користуватися номограмою, наведеною на рис. 1. Розрахунок за допомогою номограми роблять наступним чином. Задаючись значеннями і ΔР/ρг, обраними для варіантних розрахунків, проводять дугу АБ, що з'єднує відповідні їм точки на номограмі. Потім від точки Б проводять горизонтальну пряму БВ до перетину з лінією, що відноситься до обраного типу циклону. Після цього, провівши вертикальну пряму ВГ, можна знайти продуктивність одинарного циклону.

 

Рис. 1. Номограма для розрахунку продуктивності циклону

2. Коефіцієнти очищення. Для визначення очікуваних коефіцієнтів очищення газів у циклонах типів ЦН і Ц розроблені методи, що забезпечують гарний збіг з практичними результатами.

При розрахунку коефіцієнтів очищення, очікуваних від циклонів цього типу, зручно користуватися кривою, яка виражає залежність парціальних коефіцієнтів очищення від розмірів частинок циліндричних  циклонів ЦН-11, ЦН-15 та ЦН-24 діаметром 600 мм при ΔР/ρг =750 м2/сек2 і густини пилу 1930 кг/м2 (рис. 2). Цією ж кривою можна користуватися і для циклонів конічного типу СК-ЦН-34 і СДК-ЦН-33  того ж діаметру. Для зазначених умов визначають повний вихідний коефіцієнт очищення η.

 

Рис. 2. Парціальний коефіцієнт очищення газів для циклонів ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, СК-ЦН-34 і СДК-ЦН-33 діаметром 600 мм

Потім послідовно роблять перерахунок інші умови за графіками, наведеним на рис. 3. За графіком на рис. 3-а роблять перерахунок на інший тип циклону НДІОГАЗ. При цьому на прямій, яка відповідає вихідному типу ЦН-15, знаходять точку, ордината якої відповідає повному розрахованому коефіцієнту очищення (точка А1). Від цієї точки проводять вертикальну пряму до перетину з лінією, що належить іншому типу циклону (точка Б1). Ордината цієї точки відповідатиме коефіцієнту очищення, який може забезпечити інший тип циклону НДІОГАЗ у тих самих умовах. Для однотипних циклонів ЦКТІ перерахунок за цим графіком, зрозуміло, не потрібен.

 

Рис. 3. Графіки для перерахунку коефіцієнта очищення газів, знайденого за допомогою графіка на рис. 2. на нові умови

а – на інший тип циклону, б – на інший діаметр циклону, в – на нову густину пилу, г – на інше відношення

За графіком на рис. 3-6 визначається коефіцієнт очищення, який може бути отриманий за допомогою циклону типу ЦН і іншого (не 600 мм) діаметра. Для цього з точки А2 (що відповідає діаметру 600 мм та коефіцієнту очищення, знайденому шляхом перерахунку за попереднім графіком) проводиться лінія А2Б2 до перетину з абсцисою, що відповідає потрібному діаметру (точка Б2). Ордината точки Б2 відповідає значенню η іншого діаметра циклону.

Аналогічно за допомогою графіків, наведених на рис. 3-в і г, проводиться визначення значень інших густин пилу ρц (точки А3, Б3) та відношень ΔР/ρг (точки А4, Б4). Ордината точки Б відповідає значенню повного коефіцієнта очищення для розрахункових умов, що відрізняються від тих, які покладені в основу графіка, наведеного на рис. 2.

Аналогічні методи розрахунку можна використовувати і для циклонів типів СК-ЦН-34, СДК-ЦН-33 та ЦМС-27. З грубим наближенням можна вважати, що кінцева запиленість газів після циклонів конічного типу в 2-3 рази нижче, ніж досягається після циклонів циліндричного типу того ж діаметра в тих же умовах.

Коефіцієнт очищення, що досягається за допомогою циклонів типу ЦМС-27 діаметром 700 мм, при очищенні димових газів від золи з крупністю частинок, характерною для топок парових та опалювальних котлів, що працюють на природній тязі, за даними ЦКТІ становить 75-85%.

В результаті проведення варіантних розрахунків необхідно вибрати оптимальний варіант з досить високим коефіцієнтом очищення, а також числом та діаметром циклонів, що забезпечують прийнятні габарити установки. Для обраного типорозміру циклонів необхідно зробити уточнюючий розрахунок гідравлічного опору всієї установки.

3. Гідравлічний опір циклонів. Гідравлічний опір циклону чи групи циклонів підраховується для ділянки від входу до виходу з установки. Гідравлічний опір одинарного циклону визначається за формулою:

ΔР=0,5ζρV2, Па

де ζ – коефіцієнт гідравлічного опору циклону, віднесений до перерізу з діаметром Д.

Коефіцієнти гідравлічного опору для циклонів різного типу складають:

Тип апарату

Коефіцієнт гідравлічного опору

Циклони Ц

6,3

ЦМС-27

5,5

Циклони ЦН-11

10,9

Циклони ЦН-15

7,6

Циклони ЦН-15у

8,2

Циклони ЦН-24

6,1

Циклони СДК-ЦН-33

20,3

Циклони СК-ЦН-34

24,9

Циклони СЦН-40

9,3

Проте практика показує, що гідравлічний опір циклонів, принаймні, циліндричного типу, підрахований з урахуванням наведених коефіцієнтів виявляється заниженим приблизно на 8-10% порівняно з результатами, що реально досягаються.

Окрім того, залежно від характеру ділянок, що підводять і відводять пило газові потоки, для одинарних циклонів або для визначення опору колекторів для групи циклонів значення Δр, знайдені за формулою, повинні прийматися на 2-10% більшими.